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具有自動(dòng)送料功能的秸稈壓塊燃料戶用采暖裝備

具有自動(dòng)送料功能的秸稈壓塊燃料戶用采暖裝備一、項(xiàng)目簡(jiǎn)介在教育部科學(xué)技術(shù)研究重點(diǎn)項(xiàng)目和河北省科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目的資助下，河北工業(yè)大學(xué)能源與環(huán)境工程學(xué)院（暨天津市建筑供能技術(shù)工程中心）基于對(duì)北方農(nóng)作物秸稈燃料燃燒特性的研究，開(kāi)發(fā)了具有自動(dòng)送料功能的秸稈壓塊燃料戶用采暖裝備。農(nóng)作物秸稈的燃燒特性與燃煤顯著不同，秸稈燃料的揮發(fā)分含量高達(dá)70%，固定碳含量?jī)H有15%左右，灰分含量低于10%。秸稈燃燒放熱集中于揮發(fā)分的氣相燃燒過(guò)程，而燃煤以固定碳固相燃燒放熱為主，因此，套用燃煤爐結(jié)構(gòu)（尤其是配風(fēng)方面）來(lái)設(shè)計(jì)秸稈壓塊采暖爐是不可行的。秸稈燃料灰熔點(diǎn)低、富含鈉鉀等堿金屬化合物，采用常規(guī)層燃方式易于造成燃料層板結(jié)、受熱面結(jié)渣和堿金屬腐蝕，并導(dǎo)致燃燒效率和熱效率降低。煤塊的燃燒周期長(zhǎng)達(dá)2小時(shí)，而秸稈壓塊的燃燒周期僅有25分鐘，人工添加燃料勢(shì)必造成爐內(nèi)燃燒工況波動(dòng)和污染物排放提高。秸稈燃料低溫、缺氧情況下將產(chǎn)生大量焦油，夜間封火將形成焦油污染，并將因煙氣中的水蒸氣冷凝而形成污水二次污染。本項(xiàng)目所涉及的秸稈壓塊燃料戶用采暖裝備匹配了自動(dòng)送料裝置，內(nèi)置“日間供熱”和“夜間供熱”兩種模式，可實(shí)現(xiàn)12小時(shí)無(wú)人值守，不僅提高了燃燒穩(wěn)定性、燃燒效率和熱效率，同時(shí)徹底擺脫了夜間封火工藝，可有效保證用戶的夜間室內(nèi)溫度，舒適度大大提高，勞動(dòng)強(qiáng)度顯著降低。二、項(xiàng)目技術(shù)成熟程度具有自動(dòng)送料功能的秸稈壓塊燃料戶用采暖裝備在技術(shù)上已經(jīng)完全成熟，目前已在遵化和張家口分別完成了熱負(fù)荷10kW（供熱面積80-100m2）和15kW（供熱面積150-200m2）采暖裝備的示范運(yùn)行工作，其各項(xiàng)污染物排放指標(biāo)均滿足《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13271-2013）的要求，燃盡灰可直接作為生物肥料還田。戶用采暖裝備示范樣機(jī)照片見(jiàn)下文圖1。三、技術(shù)指標(biāo)（包括鑒定、知識(shí)產(chǎn)權(quán)專利、獲獎(jiǎng)等情況）本項(xiàng)目所涉及的采暖裝備已獲得國(guó)家發(fā)明專利授權(quán)1項(xiàng)，另有1項(xiàng)發(fā)明專利正處于審查過(guò)程中。秸稈壓塊燃料戶用采暖裝備示范樣機(jī)監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，其各項(xiàng)污染物排放指標(biāo)均滿足《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13271-2013）的要求，其熱效率達(dá)到80%以上。四、市場(chǎng)前景（應(yīng)用領(lǐng)域、市場(chǎng)分析等）應(yīng)用領(lǐng)域：具有自動(dòng)送料功能的秸稈壓塊燃料戶用采暖裝備主要適用于北方農(nóng)村地區(qū)農(nóng)村住房的冬季供暖過(guò)程，同時(shí)可用于城郊別墅冬季供暖、蔬菜種植大棚的供熱、以及養(yǎng)殖建筑的冬季供熱。市場(chǎng)分析：2013年，京津冀地區(qū)農(nóng)民生活生產(chǎn)燃煤消耗高達(dá)4224萬(wàn)噸/年，占到社會(huì)總煤耗量的11%，而農(nóng)村地區(qū)燃煤的污染物排放卻占環(huán)境統(tǒng)計(jì)煙塵排放總量的23.2%、二氧化硫排放總量的15.2%，氮氧化物排放總量的4.4%。上述統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)說(shuō)明，燃燒等量的煤炭，農(nóng)村用能過(guò)程較工業(yè)燃燒過(guò)程對(duì)環(huán)境污染的貢獻(xiàn)率更大。2014年，北京可持續(xù)發(fā)展促進(jìn)會(huì)針對(duì)京津冀農(nóng)村地區(qū)7795個(gè)農(nóng)戶的生活用能情況進(jìn)行了調(diào)查，農(nóng)民的用能以“散煤+電+液化石油氣”方式為主，戶平均生活能耗折合2.5-3噸標(biāo)準(zhǔn)煤/年，其中，冬季燃煤采暖用能所占比例高于60%、生活用電能耗約占20%、炊事用能約占15%（以秸稈等生物質(zhì)能和液化石油氣為主）；并且農(nóng)戶生活用能的85-90%為商品能源，戶均能源購(gòu)置成本3500元/年。上述調(diào)查結(jié)果說(shuō)明，污染物排放嚴(yán)重的燃煤燃燒在農(nóng)村用能過(guò)程中占據(jù)著主導(dǎo)地位，而農(nóng)村地區(qū)豐富的生物質(zhì)能并未得到有效利用。近十年來(lái)，我國(guó)在生物質(zhì)能的規(guī)模化利用（秸稈直燃發(fā)電、生物制油制乙醇、秸稈集中氣化等）領(lǐng)域，完成了各種類型的示范工程建設(shè)。但值得注意的是，由于秸稈收集半徑過(guò)大、燃料運(yùn)輸成本過(guò)高等原因，已建成的數(shù)十座秸稈直燃電站并沒(méi)有徹底改變農(nóng)村地區(qū)秸稈田間焚燒或廢棄的現(xiàn)狀。目前，農(nóng)村地區(qū)均使用技術(shù)水平較低的、未配備除塵脫硫裝置的燃煤采暖爐散燒劣質(zhì)原煤，從技術(shù)角度而言，市場(chǎng)上現(xiàn)有的戶用燃煤采暖爐根本無(wú)法克服周期性的人工添加燃料和夜間封火工藝所造成的燃燒不穩(wěn)定和燃燒不完全現(xiàn)象，而上述周期性燃燒和不完全燃燒，是造成農(nóng)村地區(qū)燃燒污染物排放嚴(yán)重超標(biāo)的主要原因。2014年，京津冀三地針對(duì)農(nóng)村地區(qū)冬季采暖燃煤排放問(wèn)題相繼出臺(tái)“推廣民用無(wú)煙煤爐具”、“控制散燒劣質(zhì)原煤，強(qiáng)制燃用無(wú)煙煤或型煤”、“推廣秸稈壓塊民用采暖爐”等政策，并計(jì)劃在2017年之前投入數(shù)千萬(wàn)元用于補(bǔ)貼農(nóng)戶購(gòu)置無(wú)煙煤爐具或秸稈壓塊采暖爐。但這不過(guò)是一時(shí)權(quán)宜之策，目前市場(chǎng)上銷(xiāo)售的無(wú)煙煤爐具和秸稈壓塊采暖爐，均因缺乏專業(yè)設(shè)計(jì)而無(wú)法克服人工加料和夜間封火所造成的燃燒不穩(wěn)定和燃燒不完全現(xiàn)象，不能從根本上控制燃燒污染物的超標(biāo)排放；尤其是秸稈壓塊采暖爐，封火期間的低溫燃燒過(guò)程將產(chǎn)生大量的碳煙、焦油和冷凝水，室內(nèi)空氣污染異常嚴(yán)重，影響用戶的身體健康。河北省年產(chǎn)秸稈6200萬(wàn)噸（全國(guó)年產(chǎn)秸稈7億噸，天津市230萬(wàn)噸），其中能源化利用的僅有74萬(wàn)噸，直接還田和廢棄的秸稈折合標(biāo)準(zhǔn)煤2300萬(wàn)噸。但是由于缺少專用的燃燒設(shè)備，導(dǎo)致大量秸稈于田間焚燒，能源浪費(fèi)和大氣污染嚴(yán)重。因此，在農(nóng)村地區(qū)推廣以秸稈燃料取代燃煤采暖具有可行性，而技術(shù)先進(jìn)的秸稈壓塊燃料戶用采暖裝備在農(nóng)村地區(qū)具有廣闊的應(yīng)用前景，其需求量巨大。五、規(guī)模與投資需求（資金需求、場(chǎng)地規(guī)模、人員等需求）北方農(nóng)村地區(qū)冬季供熱多采用燃煤采暖爐+土暖氣模式，是一種分布式供能系統(tǒng)。由于燃煤采暖爐的技術(shù)水平較低，熱效率僅有65%左右，故導(dǎo)致其燃料消耗量較高；并且，常規(guī)燃煤采暖爐在夜間必須封火，低溫、缺氧燃燒不僅降低了室內(nèi)溫度，同時(shí)也顯著提高了燃燒污染物排放量，并且煤氣中毒的可能性增大。目前，農(nóng)村地區(qū)100m2供熱面積年消耗燃煤3-5噸，燃煤購(gòu)置成本3000-5000元/采暖期。利用農(nóng)村廢棄的農(nóng)作物秸稈、樹(shù)枝等加工而成秸稈壓塊燃料取代燃煤用于冬季采暖過(guò)程，是符合國(guó)家中長(zhǎng)期發(fā)展戰(zhàn)略和京津冀地方政府農(nóng)村政策的。值得注意的是，秸稈和秸稈壓塊屬于地方燃料，收集和運(yùn)輸半徑過(guò)大勢(shì)必提高其燃料成本，因此，建議采用“就地生產(chǎn)、就近利用”的模式，來(lái)推廣秸稈壓塊采暖裝備和秸稈壓塊燃料。企業(yè)需要以能源供應(yīng)商的身份介入秸稈壓塊采暖裝備和秸稈壓塊燃料生產(chǎn)銷(xiāo)售過(guò)程，以“分戶采暖/集中監(jiān)控”的商業(yè)模式運(yùn)行；需要在農(nóng)村地區(qū)建設(shè)輻射半徑10公里（1000-2000家左右的用戶）的中心服務(wù)站，一方面負(fù)責(zé)秸稈收集以及壓塊燃料的生成、銷(xiāo)售工作，另一方面負(fù)責(zé)燃燒裝備的生成、銷(xiāo)售工作，同時(shí)還要負(fù)責(zé)燃燒裝備的運(yùn)行監(jiān)控、維護(hù)及維修服務(wù)工作。以服務(wù)1000家農(nóng)戶（預(yù)計(jì)秸稈壓塊燃料總消耗量5000噸/采暖期）的中心站建設(shè)為例，其投資規(guī)模為150萬(wàn)元左右，場(chǎng)地規(guī)模3000m2左右，人員10-13人（其中專業(yè)技術(shù)人員和管理人員3-4人，裝備生產(chǎn)加工人員3-4人，燃料加工人員4-5人）。投資預(yù)算包括：秸稈壓塊裝備購(gòu)置成本25萬(wàn)元（2臺(tái)套）；燃燒裝備加工設(shè)備購(gòu)置成本15萬(wàn)元（年生產(chǎn)能力2000臺(tái)套）；土地購(gòu)置成本20萬(wàn)，廠房和燃料倉(cāng)庫(kù)建設(shè)成本30萬(wàn)元、露天儲(chǔ)料場(chǎng)建設(shè)成本5萬(wàn)元；控制終端設(shè)備購(gòu)置成本10萬(wàn)元；人員工資成本30-40萬(wàn)元/年。等等。六、生產(chǎn)設(shè)備秸稈壓塊燃料生產(chǎn)需要購(gòu)置秸稈壓塊機(jī)，生產(chǎn)能力1-1.5噸/小時(shí)的秸稈壓塊機(jī)械，目前市場(chǎng)售價(jià)12萬(wàn)左右。采暖裝備加工需要卷板機(jī)、電焊機(jī)、磨具等基本機(jī)械加工設(shè)備。七、效益分析下文將從用戶和能源供應(yīng)商兩方面進(jìn)行效益分析。1、秸稈壓塊、燃煤和燃?xì)獠膳慕?jīng)濟(jì)性分析以采暖面積200平米的民居為例，采暖熱指標(biāo)取70W/m2，若選用NK15.0-IY型戶用采暖裝備，售價(jià)以4000元/臺(tái)計(jì)算；秸稈壓塊發(fā)熱量3500-3700kcal/kg，市場(chǎng)售價(jià)450-550元/噸。初投資（不包括室內(nèi)管網(wǎng)）和運(yùn)行成本見(jiàn)下表：采用秸稈壓塊采暖裝備進(jìn)行冬季采暖，其初期投資為4210元，運(yùn)行成本包括秸稈壓塊購(gòu)置4140-5160元、自動(dòng)送料裝置和循環(huán)水泵電耗180元，折合采暖費(fèi)用為22-26.5元/平米。若農(nóng)戶自產(chǎn)5噸秸稈，則采暖成本可降低至15元/平米以下。同樣供熱面積的燃煤采暖爐市場(chǎng)售價(jià)1500-2000元/臺(tái)，其熱效率約為65%；燃煤發(fā)熱量5600kcal/kg，目前市場(chǎng)售價(jià)650-800元/噸左右。初投資（不包括室內(nèi)管網(wǎng)）和運(yùn)行成本見(jiàn)下表：采用燃煤爐具進(jìn)行冬季采暖，其初期初投資為1710-2210元，較秸稈壓塊采暖裝備初投資低2000元左右，考慮國(guó)家補(bǔ)貼的1500元后，兩者相差500元左右。其運(yùn)行成本包括燃煤購(gòu)置費(fèi)用4916-6050元，循環(huán)泵電耗50元，折合采暖費(fèi)用為24.8-30.5元/平米，較秸稈壓塊全部購(gòu)置采暖成本高10%左右。但是，采用秸稈壓塊采暖裝備的勞動(dòng)強(qiáng)度更低、室內(nèi)舒適度（尤其是夜間）更高，灰渣處理量更少，環(huán)保效益更為顯著。同樣供熱面積的燃?xì)獗趻鞝t市場(chǎng)售價(jià)8500-15000元/臺(tái)，可同時(shí)解決采暖和熱水供應(yīng)問(wèn)題；單戶燃?xì)獗趻鞝t采暖有很大的調(diào)節(jié)靈活性，使用完全獨(dú)立，采暖溫度以自主調(diào)節(jié)，采暖時(shí)間可自行控制。天然氣價(jià)格按3元/立方米計(jì)算，其運(yùn)行成本見(jiàn)下表：燃?xì)獗趻鞝t采暖的初期投資為8500-15000元，其運(yùn)行成本包括燃?xì)赓M(fèi)用9504元，折合采暖費(fèi)用為47.5元/平米；盡管燃?xì)獗趻鞝t采暖系統(tǒng)兼具熱水供應(yīng)功能，但如此高的投資成本和運(yùn)行成本，是普通農(nóng)戶難以接受的。綜上所述，對(duì)于農(nóng)戶而言，使用秸稈壓塊采暖裝備進(jìn)行冬季采暖，具有良好的經(jīng)濟(jì)性；同時(shí)可以降低商品能源的使用，可提高戶用供能自給程度到60%以上。2、能源供應(yīng)商的投資效益本項(xiàng)目推廣實(shí)施過(guò)程中，企業(yè)將以能源供應(yīng)商和服務(wù)商角色介入，負(fù)責(zé)建立輻射半徑5-10公里（用戶1000家左右，秸稈壓塊消耗量5000噸/采暖期）的區(qū)域中心工作站（投資規(guī)模150萬(wàn)元左右），負(fù)責(zé)采暖裝備的生產(chǎn)、銷(xiāo)售、日常維護(hù)和年度檢修，負(fù)責(zé)秸稈收集、運(yùn)輸以及壓塊燃料生產(chǎn)、銷(xiāo)售和運(yùn)輸，負(fù)責(zé)區(qū)域供熱系統(tǒng)的集中監(jiān)控和運(yùn)行保障。而農(nóng)民用戶則負(fù)責(zé)秸稈生產(chǎn)、采暖裝備上料（12小時(shí)一次）和供熱模式切換、以及室內(nèi)暖氣系統(tǒng)日常調(diào)節(jié)。在這種商業(yè)運(yùn)作模式下，能源價(jià)格將主要由秸稈原料價(jià)格（150元/噸）、秸稈壓塊成型成本（150元/噸）、秸稈和壓塊燃料收集運(yùn)輸成本（50元/噸）、服務(wù)成本（50元/噸）和利潤(rùn)（100-150元/噸）等組成。企業(yè)每年可通過(guò)秸稈壓塊燃料銷(xiāo)售獲得利潤(rùn)50-75萬(wàn)。采暖裝備的生產(chǎn)與銷(xiāo)售也是企業(yè)利潤(rùn)的來(lái)源之一，單臺(tái)采暖裝備的生產(chǎn)成本可控制在3000元以下，若銷(xiāo)售價(jià)格為3400-3500元的話，以年銷(xiāo)售1000臺(tái)計(jì)算，企業(yè)每年可通過(guò)采暖裝備銷(xiāo)售獲得利潤(rùn)40-50萬(wàn)。目前各級(jí)政府對(duì)于大規(guī)模利用秸稈燃料進(jìn)行了補(bǔ)貼，在利用規(guī)模高于5000噸/年情況下，國(guó)家財(cái)政補(bǔ)貼一般為150元/噸，因此，企業(yè)每年可獲得的財(cái)政補(bǔ)貼為75萬(wàn)。值得注意的是，企業(yè)只有以能源供應(yīng)商角色介入，方可達(dá)到如此大的銷(xiāo)售和利用規(guī)模，而以單個(gè)農(nóng)戶每年消耗幾噸秸稈燃料的模式運(yùn)作，是無(wú)法獲得國(guó)家補(bǔ)貼的。綜上所述，依托本技術(shù)建立一個(gè)中心服務(wù)站每年可獲得的利潤(rùn)為90-125萬(wàn)，可獲得的國(guó)家補(bǔ)貼為75萬(wàn)，一年即可收回投資。因此，對(duì)于企業(yè)而言，本項(xiàng)目具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。八、合作方式專利轉(zhuǎn)讓、技術(shù)入股均可，面議。九、項(xiàng)目具體聯(lián)系人及聯(lián)系方式（包括電子郵箱）聯(lián)系人：劉聯(lián)勝電話：13802036623Email: [email protected]

河北工業(yè)大學(xué) 2021-04-11

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